使用地面纹影技术观测太阳与月亮zp-666

美食家 科普入门 2020-07-22 19:50:46 0 使用  背景  太阳  技术  
使用地面纹影技术观测太阳与月亮

原文标题:Ground-Based Schlieren Technique Looks to the Sun and Moon

作者:Peter Merlin 原文来自:NASA Posted: 2015. 9. 23

编译:Melipal 审校:Linq (编译版权所有,未经许可请勿转载。)

来自加州爱德华兹(Edwards)NASA阿姆斯特朗飞行研究中心的研究者在成功使用斑驳的沙漠作为背景,完成空对空纹影拍摄之后,又将天空作为背景,使用地面照相机捕获了超音速冲击波的图像。为了呈现从观测者的照相机与背景之间通过的飞行器或其他物体形成的空气动力学气流,明亮的光源以及斑驳的背景是必需的。改进过的图像处理技术让这种有待申请专利的方法——使用天体的背景指向纹影技术(BOSCO,Background-Oriented阿胶的科普知识 Schlieren using Celestial Objects)变成了可能。

这张T-38C飞机的纹影照片是使用有待申请专利的BOSCO技术拍摄的,随后使用NASA开发的代码进行了处理,揭示出了冲击波的结构。更多请点击(图片提供:NAS飞机科普知识漫画A image)

对于航空研究来说,气流可视化是基本工具之一,而多年以来,研究者一直在使用纹影摄影来呈示空气动力学气流带来的空气密度梯度。传统上,这一方法需要复杂且经过精确校准的光学系统,还需要明亮的光源。折射光揭示出了待测物体(通常是风洞模型)周围空健康世界 科普气密度梯度的强度变化。由于需要精确校准飞机与照相机和太阳的相对位置,为飞行中的全尺寸航空器拍摄纹影图更具挑战性。

直到最近,使用太阳的边缘作为光源的地面纹影系统带来了足够的结果,不过每次只有当目标航空器穿越太阳左右边缘的时候,才能对冲击波进行两次观测。BOSCO概念的创始人、阿姆斯特朗中心的工程师爱德华·海林(Edward Haering)注意到,冲击波也会让所有可见的黑子变得扭曲。虽然未经过滤的日面相对缺乏特征,但天文学家知道,钙-K(CaK)光学滤镜可以揭示太阳色球中的米粒状结构。

海林说:“使用这种天然的斑驳背景,我们可以对每个冲击波进行数百次观测,大大增进了照相机系统的敏锐度。”

来自阿姆斯特朗中心以及加州莫菲特场(Moffett Field)NA食品安全科普知识试题SA艾姆斯研究中心的研究者开发了基于现代图像处理技术的新型纹影方法。冲击波由一系列图片背景结构的扭曲来表现,它们可以通过特殊的数学方法得到增强。这一技术只需要简单的光学系统以及带有特征的背景,也就是有着斑驳外观的物体,如遍布环形山的月球表面,或者CaK等特定滤镜下是外观斑驳的日面。

以太阳圆面为背景,再使用钙-K滤镜揭示日面的细节,研究者得出了这张照片,图中揭示出了超音速T-38C飞机形成的冲击波。更多请点击(图片提供:NASA photo)

针对这一技术生物知识少儿科普最近进行的一次论证叫做钙-K日食背景指向纹影(CaKEBOS)。阿姆斯特朗中心的首席研究员迈克尔·希尔(Michael Hill)称,CaKEBOS是一次概念论证测试,目的是了解太阳作为背景指向纹影摄影的效果能有多好。

希尔说:“对于拍摄飞行器来说,使用太阳这样的天体充当背景有很多优点。我们的成像系统设在地面上,只要距离足够远,让系统可以聚焦,目标航空器可以飞行到任意高度。”

研究者发现,地面方法要比空对空方法经济得多。仅仅是取消了对机载照相平台的要求就可以降低运营成本和复杂性,毋须使用特制设备也是如此。

希尔说:“CaKEBOS成像系统非常简单,由之前测试所用的消费级天文仪器组成。”他进一步指出:“你可能只需3000美元左右就建造一套系统,得出类似的结果。”

设在爱德华兹的美国空军试飞员学校提供了一架超音速T-38C飞机充当目标航空器。空军试飞员乔纳森·奥尔索(Jonathan Orso)少校与格伦·格拉厄姆(Glenn Graham)上校与NASA一同规划了精确校准喷气机飞行航线的方法,以图拍摄纹影照片。飞机需要在恰当的时间出现在恰当的地点,这样才能在地面的成像系统中形成一次凌日。飞行员需要手工操作飞机以大约300英尺的精度抵达天空中的某个特定位置,同时还要进行超音速飞行。这一切都要在为时2分钟的窗口之内完成,原因是太阳在天空中的相对位置会由于地球自转而发生改变。

这张纹影图像展示了超音速飞电脑科普知识行的T-38C产生的冲击波,它是使用太阳边缘作为光源拍摄的,随后使用NASA开发的代码进行了处理。更多请点击(图片提供:NASA photo)

希尔说:“我们希望可以将BOSCO系统尝试用于飞行器之外的其他东西。我们可能能够对照相机和太阳之间的任何东西进行纹影拍摄。”

背景指向纹影技术不仅可以揭示出超音速科普知识海报冲击波,还可以展示所有的密度变化,其中包括风力涡旋以及发动机的羽状效应。未来的研究可能还会使用升级后的成像系统,以更高的分辨率拍摄亚因素航空器的流场,还有风力涡轮机或高速公路上运动的车辆。

海林说:“每项新的技术,无论是使用沙漠地表还是斑驳的日面,也无论是中国优秀少儿科普读物从地面还是邻近的航空器上进行拍摄,都有着自己的长处和短处。我们计划结合所有这些元素,对未来航空器复杂的世界杯美中不足科普流场形态进行可视化,这样的航空器将让所有人可以进行宁静的跨音速陆上飞行。”

(全文完)

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